DE102013102656A1 - CUTTING CALCULATION DEVICE FOR A MULTI-AXIS TOOL MACHINE - Google Patents
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Abstract
Eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine erfasst Achsenpositionen zu Berechnungszeiten für mindestens drei gerade Achsen und zwei Drehachsen einer mehrachsigen Werkzeugmaschine und berechnet die Position eines Werkzeug-Spitzenpunkts ausgehend von den erfassten Achsenpositionen. Die Vorrichtung akkumuliert Bewegungsentfernungen (Schneidstrecken) der Werkzeug-Spitzenpunkte aus der berechneten Position des Werkzeug-Spitzenpunkts und berechnet daraus eine Schneidstrecke und sagt den Werkzeugverschleiß und die Werkzeug-Lebensdauer ausgehend von der berechneten Schneidstrecke vorher.A multi-axis machine tool cutting distance calculating device detects axis positions at calculation times for at least three straight axes and two rotary axes of a multi-axis machine tool, and calculates the position of a tool tip point from the detected axis positions. The device accumulates moving distances (cutting distances) of the tool tip points from the calculated position of the tool tip point, and calculates a cutting distance therefrom and predicts tool wear and tool life from the calculated cutting distance.
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Schneidstrecken-Berechnungseinrichtung für eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine.The invention relates to a cutting path calculating device for a multi-axis machine tool.
2. Beschreibung des Stands der Technik2. Description of the Related Art
Im Allgemeinen, siehe beispielsweise die Beschreibung in der offengelegten
Dabei ist K ein Proportionalitätsfaktor, der sich abhängig von der Kantenkraft einer Werkzeug-Kantenspitze für eine Werkzeugart und ein Werkzeugmaterial, dem Werkstoff, der Wellendrehzahl, der Vorschubgeschwindigkeit, der Temperatur usw. ändert.Here, K is a proportionality factor that varies depending on the edge force of a tool edge point for a kind of tool and a tool material, the material, the shaft speed, the feed speed, the temperature and so on.
Überschreitet der Werkzeug-Reibverschleiß einen Toleranzwert, so ist die Lebensdauer des Werkzeugs erreicht. Daher ist zum Erfassen des Werkzeug-Reibverschleißes und der Werkzeug-Lebensdauer die Schneidstrecke der Werkzeug-Spitzenpunktposition wichtig.If the tool frictional wear exceeds a tolerance value, the service life of the tool is reached. Therefore, to detect tool fretting and tool life, the cutting distance of the tool tip position is important.
In der offengelegten
In der offengelegten
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die in der offengelegten
Bei einer mehrachsigen Werkzeugmaschine ist die Schneidstrecke aus einem Bearbeitungsprogramm (einem NC-Programm) nur schwer zu ermitteln. Bei einer dreiachsigen Werkzeugmaschine, die drei gerade Achsen enthält, ist der Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts häufig zusammen mit einer Werkzeug-Längenkompensation in einem Bearbeitungsprogramm angewiesen. Wird der Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts befohlen, und ist der Befehl ein linearer Befehl, so kann man die Schneidstrecke aus dem Bearbeitungsprogramm entnehmen. Bei einer mehrachsigen Werkzeugmaschine ist jedoch im Bearbeitungsprogramm manchmal ein Kontrollpunktweg (Positionen von drei geraden Achsen und Positionen von zwei Drehachsen in Maschinenkoordinaten) angewiesen und nicht der Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts. Ist der Kontrollpunktweg angewiesen, so kann man aus dem Bearbeitungsprogramm (siehe
Auch dann, wenn der Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts angewiesen ist, enthält das Bearbeitungsprogramm manchmal nicht nur geradlinige Befehle, sondern auch Kurvenbefehle (Bogen, Splinekurve, usw.). Wird ein Kurvenbefehl ausgegeben, so kann man die Schneidstrecke eines exakt angewiesenen Wegs (Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts) nicht aus der angewiesenen Spitzenpunktposition des Bearbeitungsprogramms gewinnen.Even if the path of the tool tip point is instructed, the machining program sometimes contains not only straight-line commands but also curve commands (arc, spline curve, etc.). When a turn command is issued, the cutting distance of an accurately commanded path (way of the tool tip point) can not be obtained from the instructed peak position position of the machining program.
Die in der offengelegten
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, eine relative Schneidstrecke zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug-Spitzenpunkt in einer mehrachsigen Werkzeugmaschine zu berechnen, d. h. eine Bewegungsentfernung des Werkzeug-Spitzenpunkts auf dem Werkstück (auf einem Tisch) aus Positionen der jeweiligen Achsen in jeder kurzen Berechnungsperiode, und nicht aus dem Bearbeitungsprogramm.Therefore, it is an object of the invention to provide a cutting-line calculating apparatus for a multi-axis machine tool capable of calculating a relative cutting distance between a workpiece and a tool tip point in a multi-axis machine tool, that is. H. Movement removal of the tool tip point on the workpiece (on a table) from positions of the respective axes in each short calculation period, and not from the machining program.
Eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine der Erfindung ist eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine, die eine Bewegungsentfernung eines Werkzeug-Spitzenpunkts in einer mehrachsigen Werkzeugmaschine berechnet, die mindestens drei gerade Achsen und zwei Drehachsen enthält, wobei die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine umfasst:
einen Positionsinformations-Erfassungsabschnitt, der dafür ausgelegt ist, Achsenpositionen zu Berechnungszeiten der mindestens drei geraden Achsen und zwei Drehachsen zu erfassen;
einen Werkzeug-Spitzenpunkt-Positionsberechnungsabschnitt, der dafür ausgelegt ist, eine Werkzeug-Spitzenpunktsposition aus den Achsenpositionen zu berechnen, die von dem Positionsinformations-Erfassungsabschnitt erfasst werden; und
einen Schneidstrecken-Berechnungsabschnitt, der dafür ausgelegt ist, Bewegungsentfernungen des Werkzeug-Spitzenpunkts abhängig von der Werkzeug-Spitzenpunktposition anzusammeln, die der Werkzeug-Spitzenpunkt-Positionsberechnungsabschnitt berechnet, und eine akkumulierte Bewegungsentfernung als Schneidstrecke festzustellen.A cutting-line calculating apparatus for a multi-axis machine tool of the invention is a cutting-line calculating apparatus for a multi-axis machine tool which calculates a moving distance of a tool tip in a multi-axis machine tool including at least three straight axes and two rotating axes multi-axis machine tool includes:
a position information acquisition section configured to acquire axis positions at calculation times of the at least three straight axes and two rotary axes;
a tool tip point position calculating section configured to calculate a tool tip point position from the axis positions detected by the position information detecting section; and
a cutting distance calculating section configured to accumulate moving distances of the tool tip point depending on the tool tip point position calculated by the tool tip point calculating section, and to detect an accumulated moving distance as a cutting distance.
Der Positionsinformations-Erfassungsabschnitt kann die Achsenpositionen von einem numerischen Controller erfassen, der die mehrachsige Werkzeugmaschine steuert, oder die Achsenpositionen von einem numerischen Controller-Simulator erfassen, der die Arbeitsweise des numerischen Controllers simuliert, der die mehrachsige Werkzeugmaschine steuert.The position information acquiring section may detect the axis positions of a numerical controller that controls the multi-axis machine tool or detect the axis positions of a numerical controller simulator that simulates the operation of the numerical controller that controls the multi-axis machine tool.
Beim Erfassen der Achsenpositionen kann der Positionsinformations-Erfassungsabschnitt auch Schneidemodusinformation erfassen, die angibt, dass die zu erfassenden Achsenpositionen Positionen in einem Schneidemodus sind. Der Schneidstrecken-Berechnungsabschnitt kann nur Bewegungsentfernungen des Werkzeug-Spitzenpunkts während des Schneidemodus erfassen und eine akkumulierte Bewegungsentfernung als Schneidstrecke feststellen.Upon detecting the axis positions, the position information acquiring section may also detect cutting mode information indicating that the axis positions to be detected are positions in a cutting mode. The cutting distance calculating section can detect only movement distances of the tool tip point during the cutting mode and detect accumulated movement distance as a cutting distance.
Die mehrachsige Werkzeugmaschine kann eine mehrachsige Werkzeugmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf sein, eine mehrachsige Werkzeugmaschine mit rotierendem Tisch oder eine kombinierte mehrachsige Werkzeugmaschine.The multi-axis machine tool can be a multi-axis machine tool with a rotating tool head, a multi-axis machine tool with a rotating table or a combined multi-axis machine tool.
Gemäß der Erfindung kann eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine bereitgestellt werden, die in der Lage ist, eine Bewegungsentfernung des Werkzeug-Spitzenpunkts auf einem Werkstück (auf einem Tisch), die eine relative Schneidstrecke zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug-Spitzenpunkt in einer mehrachsigen Werkzeugmaschine ist, d. h. eine Schneidstrecke des Werkzeug-Spitzenpunkts, zu berechnen. Die Schneidstrecke kann aus einem numerischen Controller berechnet werden, der die Bearbeitung steuert, oder sie kann aus einem numerischen Controller-Simulator berechnet werden. Es kann nur die Schneidstrecke während eines Schneidemodus berechnet werden. Die berechnete Schneidstrecke wird zum Vorhersagen des Werkzeugverschleißes und der Werkzeug-Lebensdauer verwendet.According to the invention, there can be provided a cutting distance calculating apparatus for a multi-axis machine tool capable of detecting a moving distance of the tool tip point on a workpiece (on a table) which has a relative cutting distance between the workpiece and the tool tip point in one multi-axis machine tool is, d. H. a cutting distance of the tool tip point. The cutting distance can be calculated from a numerical controller that controls the machining, or it can be calculated from a numerical controller simulator. Only the cutting distance during a cutting mode can be calculated. The calculated cutting distance is used to predict tool wear and tool life.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die genannten Aufgaben sowie weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus Ausführungsformen hervor, die im Weiteren anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt werden.The above objects as well as other objects and features of the invention will be apparent from embodiments which will be explained below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigt:It shows:
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Im Weiteren werden Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Funktion werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Furthermore, embodiment of the invention will be explained with reference to the drawings. Components with the same or similar function are denoted by the same reference numerals.
Erste AusführungsformFirst embodiment
Eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird auf eine mehrachsige Werkzeugmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf angewendet, die in
”N001” stellt eine Bewegung mit einem raschen Vorschub in eine Bearbeitungs-Anfangsposition in und nach ”N002” dar. In und nach ”N002” erfolgt eine Bearbeitung mit linearer Interpolation. ”F” bezeichnet die angewiesene Geschwindigkeit. ”N999” stellt eine Bewegung mit einem raschen Vorschub für die Beendigung dar. X, Y und Z weisen Bewegungsendpositionen an, die durch Pfeile eines Kontrollpunktwegs in
Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine der ersten Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe von
Ein numerischer Controller
Eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung
Die Verarbeitung durch die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung
Die Werkzeug-Spitzenpunktposition Tp zur Berechnungszeit ti wird als Tp(ti) dargestellt. Wie der folgende Ausdruck (3) angibt, ist eine Entfernung von einer Werkzeug-Spitzenpunktposition Tp(ti-1) zur Berechnungszeit ti-1 zur Werkzeug-Spitzenpunktposition Tp(ti) zur Berechnungszeit ti eine Bewegungsentfernung S(ti) des Werkzeug-Spitzenpunkts von der Berechnungszeit ti-1 bis zur Berechnungszeit ti.
Eine Schneidstrecke S erhält man durch Akkumulieren der S(ti) zu allen Berechnungszeiten im Schneidstrecken-Berechnungsabschnitt
Der Positionsinformations-Erfassungsabschnitt
In der obigen Erklärung sind die beiden Drehachsen zum Drehen des Werkzeugkopfs der mehrachsigen Werkzeugmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf die C-Achse und die B-Achse. Man kann jedoch die Schneidstrecke in gleicher Weise berechnen, wenn die genannten zwei Drehachsen die A-Achse und die B-Achse oder die A-Achse und die C-Achse sind. In der obigen Erklärung sind die Drehachsen zum Drehen des Werkzeugkopfs der mehrachsigen Werkzeugmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf die beiden Drehachsen. Man kann jedoch die Schneidstrecke in gleicher Weise berechnen, wenn die Drehachsen zum Drehen des Werkzeugkopfs drei Drehachsen sind. Das Gleiche gilt für die zweite und die dritte Ausführungsform.In the above explanation, the two rotation axes for rotating the tool head of the multi-axis machine tool with the rotary tool head are the C axis and the B axis. However, one can calculate the cutting distance in the same way if the two axes of rotation are the A-axis and the B-axis or the A-axis and the C-axis. In the above explanation, the rotation axes for rotating the tool head of the multi-axis machine tool with the rotary tool head are the two rotation axes. However, one can calculate the cutting distance in the same way, if the axes of rotation for rotating the tool head are three axes of rotation. The same applies to the second and third embodiments.
Die Verarbeitung bei der Berechnungszeit ti, die die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung vornimmt, wird anhand des Flussdiagramms in
[Schritt SA01] Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung erfasst die Positionen Pl(Xm, Ym, Zr) der drei linearen Achsen und die Positionen Pr(Bm, Cm) der beiden Drehachsen in dem Maschinenkoordinatensystem und das Schneidemodusflag (FC) vom numerischen Controller.[Step SA01] The cutting-route calculating device detects the positions Pl (Xm, Ym, Zr) of the three linear axes and the positions Pr (Bm, Cm) of the two rotation axes in the machine coordinate system and the cutting mode flag (FC) from the numerical controller.
[Schritt SA02] Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung berechnet die Werkzeug-Spitzenpunktposition Tp gemäß Ausdruck (2-1) und Ausdruck (2-2).[Step SA02] The cutting distance calculating device calculates the tool tip position Tp according to Expression (2-1) and Expression (2-2).
[Schritt SA03] Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung stellt fest, ob das Schneidemodusflag (FC) den Wert 1 hat. Hat das Schneidemodusflag (FC) den Wert 1 (JA), so geht die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung zum Schritt SA04 über. Hat das Schneidemodusflag (FC) nicht den Wert 1 (NEIN), so beendet die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung die Verarbeitung.[Step SA03] The cutting distance calculation device determines whether the cutting mode flag (FC) is 1. If the cutting mode flag (FC) is 1 (YES), the cutting distance calculating apparatus proceeds to step SA04. If the cutting mode flag (FC) is not 1 (NO), the cutting-route calculating device stops the processing.
[Schritt SA04] Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung berechnet die Bewegungsentfernung S(ti) von der Berechnungszeit ti-1 bis zur Berechnungszeit ti des Werkzeug-Spitzenpunkts anhand des Ausdrucks (3), und sie berechnet S = S + S(ti) (d. h., sie wertet den Ausdruck (4) aus). Der Anfangswert von S, der die Schneidstrecke darstellt, wird auf 0 gesetzt.[Step SA04] The cutting distance calculating device calculates the movement distance S (ti) from the calculation time t i-1 to the calculation time t i of the tool tip point by the expression (3), and calculates S = S + S (t i ) (ie, it evaluates expression (4)). The initial value of S representing the cutting distance is set to 0.
In der Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung
Im Blockdiagramm in
Zweite Ausführungsform Second embodiment
Eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird auf eine mehrachsige Werkzeugmaschine mit rotierendem Tisch angewendet, die in
”N001” stellt eine Bewegung mit einem raschen Vorschub in eine Bearbeitungs-Anfangsposition in und nach ”N002” dar. In und nach ”N002” erfolgt eine Bearbeitung durch einen Splinekurvenbefehl. ”G5.1” stellt eine Anweisung für eine Splinekurve dar. ”F” bezeichnet die angewiesene Geschwindigkeit. ”N999” stellt eine Bewegung mit einem raschen Vorschub für die Beendigung dar. X, Y und Z weisen Werkzeug-Spitzenpunktpositionen auf einem Tischkoordinatensystem an, das sich in
Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Hilfe von
Ein numerischer Controller-Simulator
Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung
Es wird davon ausgegangen, dass die Berechnungszeiten in der Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung
Dritte AusführungsformThird embodiment
Eine Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird in einer kombinierten mehrachsigen Werkzeugmaschine angewendet, die sowohl einen rotierenden Werkzeugkopf als auch einen drehbaren Tisch aufweist, siehe
Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung für eine mehrachsige Werkzeugmaschine der dritten Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe von
Der numerische Controller
Die Schneidstrecken-Berechnungsvorrichtung
Die Berechnungszeiten unterscheiden sich nicht von den Berechnungszeiten in der ersten Ausführungsform. Der Ausdruck (6-1) gleicht dem Ausdruck (2-1). Der Ausdruck (6-2), der die Drehmatrix Rt aus dem Maschinenkoordinatensystem in das Tischkoordinatensystem darstellt, unterscheidet sich jedoch vom Ausdruck (2-2). In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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